邓思邈 发自 副驾寺 智能车参考 | 公众号 AI4Auto 这个永磁同步电机,转速居然抵达了每分钟10万转。 两倍于曾经最好记载坚持者,以至被称誉为世界上转速最快的电机。 而且能量转换效率抵达95%,功率密度最高能够抵达7kW/kg,对电动车续航提升有明显改善作用。 研讨团队来自澳大利亚新南威尔士大学,其中就包含一名华人小哥,还是山东科技大学校友。 每分钟十万转电机?据研讨人员引见,这是世界上转速最快的内置式永磁同步电机,其中转子由叠片压制而成。 设计灵感,来自韩国最长的铁路桥Gyopo。 该电机功率是5kW,转速最快能够抵达10万转每分钟,两倍于目前采用叠片结构的内置式永磁同步电机最好记载坚持者。 该电机转子名义线速度为154m/s(线速度=角速度×半径),能量转换效率为95%。 难度值为2.23×10^5 rpm√kW,超越了之前10万转每分钟电机的坚持记载:1.85×10^5 rpm√kW。 顺便解释一下,难度值=电机转速与功率平方根的乘积,我们通常把转速超越1万转/分钟或难度值超越1×10^5的电机称为高速电机。 细致细看,之所以能完成转速上的突破,主要在于他们设计了一种新转子拓扑结构,进步了电机的稳健性,还减少了每单位功率输出所需稀土资料数量。 得益于转子结构的显著增强,该电机的机械保险系数比目前市售的电动车电机高出1.5~2倍,而且这种转子也不需求用到表贴式永磁转子常用的维护措施,例如碳纤维或合金护套。 △特斯拉的电机 这样一来,所需的稀土资料减少了70%,大大降低了原资料成本。 这种高速电机,之所以能对电动车续航产生作用,主要由于功率密度高,最大能够抵达7kW/kg。 与提供相同功率的电机相比,功率密度高的电机重量会更轻一些,车的总质量也随之变轻,所以能够减少能耗,提升电动车续航。 为了更好从实验室走进来,研讨团队表示,电机的转速和功率密度能够灵活调整,如需适配特斯拉,只需花上半年~1年时间即可调整好规格。 缘由在于,他们有自己的机械设计软件包,只需输入转速或功率密度等各种参数,系统运转几周后,就能自行优化设计,最终达成目的。 好比,这台实验室里的高速电机,就能够改构成200kW、18000rpm转速的电机,能够满足市场对电动车电机的需求。 值得一提的是,这台高速电机得以降生,还借助了研讨团队自研的一套AI辅助优化程序,这套程序能够对一系列物理相关要素进行评价,例如电气、磁力、机械和热力等。 他们对90种设计计划进行评价,选择其中前50%来生成新设计,并重复迭代过程,直到抵达所需的最佳效果,最终敲定的这版电机是该程序剖析出来的第120代。 细致运用场景方面,研讨人员引见称,除了用于电动车,还可应用于大型供暖、通风和空调系统;应用于航空、机器人行业,由于他们对高精度数控机床请求很高;同时还能够作为飞机发起机内部的集成驱动电机,为飞机供电。 电动车电机,延展到哪一步了?作为新能源车的“动力心脏”、三大中心部件之一,电机直接决议了车辆的爬坡、加速、最高速等重要指标的性能。 新能源车驱动电机包含直流电机、交流异步电机、永磁同步电机、开关磁阻电机,其中永磁同步电机在我国应用最为普遍。 中航证券研报显现,2019年我国新能源汽车电机装机车辆中,永磁同步电机装机量120.98万台,占比抵达97.51%,主要应用在乘用车范畴,交流异步电机和其他类型电机装机量缺乏3%。 永磁同步电机就是在制造电机转子时参与永磁体,使电机的性能进一步提升;而同步指的是转子的转速与定子绕组的电流频率一直坚持分歧。 主要由定子、转子和端盖等部件构成,其中定子包含定子铁芯和定子铜线绕组,转子的中心是永磁磁芯。 永磁同步电机具有较高的功率密度和转矩密度,即体积小、质量轻、牢靠性高、调速精度准、响应速度快;缺陷是最大功率低,成本较高,存在高温下退磁的风险。 其成本主要来源于永磁资料、硅钢片、漆包线和制造成本,这里的永磁资料普通指金属永磁、铁氧体永磁和稀土永磁(钕铁硼),占总成本高达30%。 据公开资料显现,目前国内新能源汽车电机生产企业主要分为四类:
目前新能源汽车驱动电机在性能方面,有以下5点请求: 首先是功率密度要高。 大部分工业场景空间庞大,以满足工业需求为第一目的,电机的体积限制并不突出。但在新能源汽车上,电机的尺寸和重量直接影响汽车的动力性能和驾驶体验,电机设计的方向与难点在于体积小、质量轻、功率大,这就需求尽可能进步功率重量密度和功率体积密度。 美国电动车Lucid Air的电机不只体积小,峰值功率还高——单个电机重量为73kg,功率密度超越7kw/kg,单电机功率可抵达499kW。 相比之下,特斯拉的高性能电机重量为134kg。 其次是调速范围宽。普通来说,新能源汽车电机的调速范围越宽越好,最高转速应该抵达基础转速的4倍以上。 就好比特斯拉Model S基本款的电机最高转速可达18000转/分钟,比亚迪E平台3.0的电机最高转速超越17000转/分钟。 电机转速高的话,体积就会远小于功率普通的电机,而且未来高转速电机将会成为明显趋向。 第三是起动转矩大。 由于汽车强调百公里加速等性能指标,新能源汽车的驱动电机在起动或低速时请求超高转矩,这样能将汽车速度以最快的方式泵升至希冀速度。 第四是高效区间广,新能源汽车的驱动电机需求具有尽可能广的高效率运转区间。 正常路况下汽车不会频繁起动,也不会持续超高速运转,更多的状况是在匀速行驶中进行加速或减速动作,因而中间部分的运转效率就特别重要。 最后是散热需求强。 由于新能源汽车电机体积小,但同时对功率密度请求又高,散热问题也随之而来。 普通来说,电机的能量转换效率大约在90%以上,峰值效率大约在95%左右,平均能量损耗大约10%,这10%的能量损耗多以发热的方式表示,因而电机对散热需求较强。 这么看来,上文提到的每分钟10万转电机,就是在转速、功率密度和成本上取得了技术优势。 研讨团队引见整个团队由两位博士牵头:Guoyu Chu和Rukmi Dutta。 Guoyu Chu,中国籍科学家,2014年本科毕业于山东科技大学电气与自动化工程学院,后来在新南威尔士大学电气工程专业硕博连读,2021年博士毕业。 他在IEEE(电气与电子工程师协会)期刊上一共发表了6篇论文,均与内置式永磁同步电机相关。 他做过的研讨项目还包含外科手术的快速温度控制系统,以及环保的供暖、通风和空调系统等。 目前,他留校在电气工程与电信学院担任实验室助理和助理研讨员。 Rukmi Dutta,是新南威尔士大学电气工程与电信学院副教授,特地从事新型电机的设计、控制、电磁场剖析和建模等相关研讨。 她1995年本科毕业于阿萨姆工程学院电气工程专业,该校位于印度阿萨姆邦古瓦哈提。 2006年博士毕业于澳大利亚新南威尔士大学电气工程专业。 截止到目前,她在新南威尔士大学曾经工作了12年9个月。 |